JP6063496B2

JP6063496B2 - 耐熱繊維ロープ製スタッド

Info

Publication number: JP6063496B2
Application number: JP2015023520A
Authority: JP
Inventors: 剛俵口; 剛之本田
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: JP2016145693A

Description

本発明は、不定形耐火物を金属製支持体に施工する際に使用される耐熱繊維ロープ製スタッドに関する。

製鉄所などにおいて高温下で使用される各種工業炉や設備には、使用環境や必要とされる機能に応じて耐火れんがや不定形耐火物、セラミックファイバーなど各種耐火物が施工されている。近年、その中でも施工や形状の自由度、品質の高性能化から不定形耐火物（キャスタブル耐火物）の使用率が増大している。

例えば、加熱炉の炉殻やスキッドの水冷パイプ、二次精錬の浸漬管、ガス吹き込み用のランス等にも不定形耐火物がライニング（施工）されている。このとき、不定形耐火物には、スタッド（又はアンカー）と呼ばれるＬ形、Ｖ形、Ｙ形になどに加工された金属製のスタッドが埋設され、このスタッドの端部が、不定形耐火物の施工対象の金属製支持体である鉄皮やパイプに固定される。このスタッドは、不定形耐火物が金属製支持体（鉄皮やパイプ等）から剥離、脱落するのを防止したり、亀裂の伸展を抑制したりする役割を果たしている。

ただし、金属製のスタッドは熱損失が大きい問題があるため、熱伝導率の低いセラミックスタッドも検討されている。しかしながら、セラミックスタッドは金属製支持体に固定することが難しい問題がある。

これに対して、例えば特許文献１には、スキッドパイプ（金属製支持体）とセラミックスタッドとを接合する構造において、セラミックスタッドの根元端部にメネジを切り、スキッドパイプに溶接されたボルトにねじ込んで接合する構造が開示されている。しかしながらセラミックスタッドにメネジを設けることはコストが掛かる問題がある。特に加熱炉では、炉の大きさや構造によって違いはあるが、数千から数万さらには数十万本ものスタッドが使用されており、コストアップは大きな問題となる。

また、特許文献２には、図５（特許文献２の図７）に示すように、無機質長繊維からなる耐熱繊維ロープ７の両端部を金属管８内に挿入し密着した耐熱繊維製支持材５が開示され、また、この耐熱繊維製支持材５の金属管８をスキッドパイプ等の金属製支持体に溶接固定する固定方法が開示されている。

ところが、耐熱繊維ロープ７にはＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２を主成分とする無機質長繊維が使用されており、例えば図４に示すＡｌ_２Ｏ_３が７２質量％、ＳｉＯ_２が２８質量％の無機質長繊維の加熱による強度保持率の変化からもわかるように、その耐熱性は１２００℃程度のものである。したがって、金属管８を金属製支持体に溶接固定する際に通常のアーク溶接などを使用した場合、溶接中の熱によって耐熱繊維製支持材５（耐熱繊維ロープ７）の強度が大幅に低下する問題がある。耐熱繊維製支持材５（耐熱繊維ロープ７）の強度が不十分な場合、使用中に不定形耐火物が崩落する危険性がある。

さらに、特許文献２には、図６（特許文献２の図６）に示すように、予めねじ山のついたボルト１０を鉄皮等の金属製支持体１に溶接しておき、当該ボルト１０に対応する内溝を備える金属管８を使用した耐熱繊維製支持材５を、ボルト１０に螺合させることで、両者を固定する方法が開示されている。しかしながら、内溝を備える金属管８は、かしめることで耐熱繊維ロープ７を固定しているため、かしめる時に金属管８に歪が生じ、ボルト１０のネジ溝と金属管８の内溝とが合わなくなる問題がある。

実願昭５９−５１７（実開昭６０−１１３３６３号）のマイクロフィルム特開２０１４−１４５５２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、金属製支持体に溶接固定する際の耐熱繊維ロープへの熱による悪影響を軽減して当該耐熱繊維ロープの品質の低下を抑制し、しかも簡便な作業で金属製支持体へ固定可能な耐熱繊維ロープ製スタッドを提供することにある。

本発明者らは、耐熱繊維ロープを留金（金属管）に固定し、この留金（金属管）にスタッド溶接用のスタッドピンを取り付けた構造とすれば、耐熱繊維ロープ製スタッドを金属製支持体にスタッド溶接により溶接固定することが可能となり、これにより、金属製支持体に溶接固定する際の耐熱繊維ロープへの熱による悪影響を軽減して当該耐熱繊維ロープの品質の低下を抑制できるという発想の下、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の耐熱繊維ロープ製スタッドは、不定形耐火物を金属製支持体に施工する際に使用される耐熱繊維ロープ製スタッドであって、Ａｌ _２Ｏ _３及びＳｉＯ _２を主成分とする無機質長繊維からなる耐熱繊維ロープが金属管に当該金属管をかしめることで固定され、この金属管にスタッド溶接用のスタッドピンがスタッド溶接によって取り付けられたことを特徴とするものである。

本発明の耐熱繊維ロープ製スタッドは、耐熱繊維ロープを固定した留金（金属管）にスタッド溶接用のスタッドピンが取り付けられているので、スタッド溶接という簡便な作業で金属製支持体に固定することができる。しかも、スタッド溶接は、溶接に掛かる時間が非常に短いため、溶接時の耐熱繊維ロープへの熱による悪影響が軽減され当該耐熱繊維ロープの品質の低下を抑制することができる。よって、金属製支持体に施工された不定形耐火物が崩落しにくい安全な不定形耐火物構造体を得ることができる。

本発明の一実施形態による耐熱繊維ロープ製スタッドを示す。図１の耐熱繊維ロープ製スタッドをスタッド溶接によって金属製支持体（加熱炉のスキッドビーム）に取り付けた例を示す。比較例の耐熱繊維ロープ製スタッドを示す。耐熱繊維ロープの温度と強度との関係を示す。従来の耐熱繊維ロープ製スタッドを示す（特許文献２の図７）。従来の耐熱繊維ロープ製スタッドを示す（特許文献２の図６）。

図１は、本発明の一実施形態による耐熱繊維ロープ製スタッドを示す。

図１の耐熱繊維ロープ製スタッド２０は、耐熱繊維ロープ２１が留金としての金属管２２に固定され、この金属管２２にスタッド溶接用のスタッドピン２３が取り付けられた構造を有する。

耐熱繊維ロープ２１は環状になり、両端部が重なり合った状態で金属管２２の貫通孔に挿入され、金属管２２はかしめられている。言い換えれば、耐熱繊維ロープ２１は、プレスされた金属管２２の変形により、その端部どうしが圧着し、しかも金属管２２の貫通孔内の凸部によって金属管２２から抜けないよう固定されている。この金属管２２をかしめた後、スタッド溶接用のスタッドピン２３がスタッド溶接によって金属管２２に固定されている。スタッドピン２３としては、一般に市販されているスタッド溶接用のスタッドピンを使用することができる。

スタッド溶接は、詳細は後述するとおり、溶接に掛かる時間が非常に短いため、スタッドピン２３を金属管２２に溶接しても、耐熱繊維ロープ２１が高温になることを防止でき、耐熱繊維ロープ２１の品質の低下を抑制することができる。しかも作業能率が非常に高い。

本発明において留金は、耐熱繊維ロープ２１を固定するとともに、スタッドピン２３と耐熱繊維ロープ２１とを一体化するために使用する。本実施形態のように留金を金属管２２とすることで、金属管２２をかしめるという単純作業で耐熱繊維ロープ２１を金属管２２に強固に固定することができる。したがって、作業性という面からは留金は、金属管２であることが好ましい。留金としての金属管２２には、鉄、ステンレス、アルミなどの金属製のパイプなどが使用できる。

ただし、耐熱繊維ロープ２１は金属管２２以外の留金にでも、挟んで固定したり、あるいは耐熱性接着材や耐熱性充填材によって固定することもできる。具体的には、孔を有する金属部材（留金）に耐熱繊維ロープ２１の端部あるいは両端部を挿入してコッターを挿入することで挟んで固定することができる。また、金属部材（留金）に設けた孔に耐熱繊維製ロープ２１と一緒に耐熱性接着材を充填して接着することもできる。耐熱性接着材としては、ケイ酸塩類や燐酸塩類をバインダーとしてアルミナやシリカなどの耐火性粉末とを混合したものを使用することができる。これらの耐熱性接着材は硬化剤を使用することで常温で硬化させることもでき、硬化後は熱間で十分な強度を得ることができる。さらに孔の奥を入り口の断面より広い断面構造とすることで、抜け難い構造とすることもできる。

また、本実施形態では、スタッドピン２３を留金（金属管２２）にスタッド溶接によって取り付けたが、他の取り付け方法を採用してもよい。ただし、その取り付け方法は、耐熱繊維ロープ２１に対する熱影響がほとんどないこと、及び作業能率が高いことが好ましい。例えば、雌ネジ部を有する留金と雄ネジ部を有するスタッドピンとの組み合わせ、予めスタッドピンがリベット留めされた留金、あるいは予めスタッドピンが溶接固定された留金などを使用することができる。

留金（金属管２２）にスタッドピン２３を取り付けることで、この耐熱繊維ロープ製スタッド２０は、不定形耐火物の施工対象である金属製支持体にスタッド溶接によって取り付けることができる。前述のように、スタッド溶接は非常に短時間（１秒以内）で終わるため、耐熱繊維ロープ２１の品質低下を抑制することができる。図２は、金属製支持体の一例として加熱炉のスキッドビーム２４に、耐熱繊維ロープ製スタッド２０をスタッド溶接によって取り付けた例である。

ここで、本発明でいう耐熱繊維ロープとは、耐熱性を有する無機質長繊維を複数本まとめてロープ状に加工したものである。耐熱繊維ロープの化学成分はＡｌ_２Ｏ_３質、ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２質、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３質のうち１種又２種以上のものを使用することができる。耐熱性は６００℃以上のものを使用することができる。例えば特許文献２で開示されたものを使用することができる。

また、本発明で使用するスタッド溶接とは、スタッドピンと母材との間に瞬時に超高電圧の電流を強制的に流し、スタッドピンの先端にアークを発生させて、スタッドピン先端で起こる金属溶融でスタッドピンと母材を溶着させる方法である。したがって、スタッド溶接によれば、非常に短時間（１秒以内）で溶接を終えることができる。そのスタッドピンとしては、一般に市販されているものを使用することができる。スタッドピンの材質は特に限定されず、鉄、ステンレス、アルミニウム等を使用することができる。

スタッド溶接にはいくつかの種類があるが、ＣＤ方式スタッド溶接が、コスト・取付能率向上の点からより好ましい。ＣＤスタッド溶接のＣＤとは、Capacitor-Discharge-Methodの略称で、４０，０００〜２００，０００マイクロファラッドの大容量コンデンサーを比較的小容量の交流電源から充電し、スタッドピンと母材の間で瞬間的に放電させて溶接する方式である。

本発明の耐熱繊維ロープ製スタッドと従来の耐熱繊維ロープ製スタッドとの強度比較試験を行った。

実施例として、直径５ｍｍの耐熱繊維ロープを直径５０ｍｍの輪にして、その両端を内径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの金属管に挿入後、かしめ、さらに、この金属管に直径６ｍｍ、長さ１０ｍｍのスタッド溶接用のスタッドピンをＣＤ方式スタッド溶接で取り付けることで、図１と同じ形状のものを３個作製した。また比較例として、図３に示すように、スタットピンのないものを３個作製した。

これらの６個の耐熱繊維ロープ製スタッドを、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの鉄板に、実施例はＣＤ方式スタッド溶接で取り付け、比較例はアーク溶接で取り付けた。溶接後のサンプルを、金属万能試験機（ＲＨ−５０型、島津製作所製）にて、一方で鉄板を保持し、他方で耐熱性ロープを保持して引っ張り試験を行った。その結果を表１に示す。同表において破断時の最大荷重は各３個の平均値である。

実施例は３個とも鉄板との溶接部から破断し、耐熱繊維ロープの強度低下はなかったが、比較例は３個とも、耐熱繊維ロープが金属管の部分から破断し、耐熱繊維ロープの強度低下が見られた。

２０耐熱繊維ロープ製スタッド
２１耐熱繊維ロープ
２２金属管（留金）
２３スタッドピン
２４スキッドビーム（金属製支持体）

Claims

不定形耐火物を金属製支持体に施工する際に使用される耐熱繊維ロープ製スタッドであって、Ａｌ _２Ｏ _３及びＳｉＯ _２を主成分とする無機質長繊維からなる耐熱繊維ロープが金属管に当該金属管をかしめることで固定され、この金属管にスタッド溶接用のスタッドピンがスタッド溶接によって取り付けられた耐熱繊維ロープ製スタッド。